运用无人机进行管线巡检探讨

刘辉 王川洪 廖敬 刘萍 甘德顺（西南油气田分公司重庆气矿，重庆401147）

1 无人机管线巡检概况

在石油生产现场，巡检是一项重要的工作，目前巡检工作的重点在管线查和生产井站巡检飞行速度，管线巡查采取的方式是步行的方式，沿管线路径巡查，生产现场的巡检主要是车载人员到生产站场对生产数据进行核查，这两种方式在巡检效率都能满足生产的需要，但遇到特殊情况，则表现出巡检效率比较低，不能满足生产现场的突发事件的应急反应时现场资料图像的及时录取。

1.1 目前作业区管线巡查现状调查

目前，作业区天然气管线100 余km,气田水管线70 余km。作业区管道保护工14人，分为两轮班，按照每条管线每周巡检一次的频率，平均每人每天至少徒步巡检6km，且作业区管线地处山区，管线翻山越岭，仅靠管道保护工徒步巡检难度大，特别是汛期需对管线进行全面检查，巡检难度和风险都比较大。

1.2 巡管面临困难

（1）以人工巡检的方式，效率较低，对异常情况的反映时间明显滞后

当发现管线异常后，由巡检人员拍摄图像资料。异常情况的反馈需要将资料传输至作业区主管人员后，才能进行问题的处理。这种方式在信息的反馈上，周期较长，当遇到特殊情况，则表现出巡检效率比较低，不能满足生产现场的突发事件的应急反应时现场资料图像的及时录取。

（2）环境因素影响巡管的工作有序开展

由于川渝地区地形属于丘陵地貌，地形高低起伏，给管线巡查带来不便，气候方面，在夏季多雨，冬季多雾，造成路面湿滑，给巡检带来不便，同时，多雨气候也会造成滑坡等地质灾害，

（3）生产井站点多面广，增加的巡检难度

作业区管线地处山区，管线翻山越岭，光靠管道保护工徒步巡检难度大，特别是汛期需对管线进行全面检查，巡检风险大。

（4）人员素质参差不齐，异常事件发现不及时，造成处置滞后

由于人员素质参差不齐，巡检制度实际执行效果还不能达到工作质量标准的要求，工作巡检中不能及时发现问题，故障处置效率低。

2 无人机用于管线巡检的实践

2.1 无人机用于管线巡查的优势

根据无人机的特点，无人机运用于生产的主要有以下两方面优势：一是通过空中优势可以直线运动的到巡查点，克服车辆派送人员到达现场时间长，需要组织人员的特点，节约时间和人工成本。二是利用无人机上加载的视频传输功能，将现场的图像实时传输的控制中心，为生产的决策提供依据。根据无人机的两个优势，对无人机的功能优化组合后，无人机在生产中，无人机可以完成以下工作：①井站周边环境的调查；②无人值守井站的巡检；③管道巡检；④地质灾害调查；⑤重点敏感区域的调查；⑥高压线的巡检；⑦参与抢险和应急预案的而演练。

2.2 无人机的组成

（1）无人机的配件及组装

旋转翼无人机的组成、以四轴无人机为例，无人机要达到基本的飞行条件，必需具备的硬件为：飞控，机架、无刷电机及电调、编码器。为了完成我们所需要的实施图像传输功能，无人机还要配置：运动相机、云台，数传设备、图传设备等。

（2）软件应用

目前无人机采用最流行的控制软件方是mission planner 地面站，安装时一定要注意版本的区别，我们装配的无人机的主要目的是现成使用，性能稳定是最重要的，因此不建议安装最新的飞控控制软件，避免飞控软件的漏洞或不完善，造成飞行的不稳定。

（3）飞机调试

采用USB接口将飞机与计算机连接后，在没有连接软件的情况下，

第一步是固件下载。

第二步是将飞机与地面站用适合端口与飞机连接。

第三步：依次调校方向和水平、遥控器校准，GPS校准。

在以上各项校准后，就可以才是飞机的飞行。

（4）无人机的图传系统调试

图传采用5.8G600MW图传芯片，基本能够满足图像传输的需要。通过OSD 接线，可以实现飞行参数在显示器上的叠加，在飞行过程中，便于掌握飞行参数，了解飞行状态。

3 无人机结合运用于生产实践

3.1 无人机用于管线巡检

2016年9月开始用于生产服务，在开县作业区对井站及周边环境调查工作中，先后完成了19个井站的周边地形地貌的摄像和拍照工作。

3.2 无人机用于管线巡检的效果

通过无人机在生产现场的试验飞行，无人机与人工相比有明显优势，主要表现在：

（1）在井站及周边环境调查工作中，无人机能够快速在5min之内完成3个人2h内所要收集的资料，效率明显。

（2）无人机在管道巡检方面，能够实现快速的问题查找和影响资料的录取，与人工巡检相比，效率明显提高。

在管线巡检过程中，无人机能以80km/h 速度进行飞行，巡检影像可以通过图传系统实时传到监视器上，在目距之外也能观察管线周边情况，利用无人机的悬停功能可以对重点区域重点观察，经过多条管线的实践，无人机已经满足巡检要求，其中在DD63 井至2 号阀井气田水管线发生泄漏之后，采用人机结合的方法，快速锁定气田水管线泄漏点及泄漏点周边情况并整改，及时防止了环境事件的发生。

4 结语

对无人机的研究还要进一步深入，对无人机各项功能的发挥，还要进一步深入挖掘，在试飞过程中，加强对无人机在各种条件下飞行，已验证无人机的各项功能。对飞机的的稳定性进一步检验。无人机要切实为生产服务，需要建立一整套制度来保证无人机稳定连续的为生产服务。

（1）编制无人机维护保养手册，保证无人机处理良好的工作状态

所有的电器设备都有寿命，特别是无人机的电机和电池，在使用一段时间后，电机的间隙将增大，飞行的稳定将变差，锂电池在多次重放电后，使用充电容量也将降低，炭纤维的机架、浆叶硬度高，在多次飞行和运输途中也会出现磨损和破裂，这些都需要和维护，飞控在飞行后，由于震动，GPS和罗盘都需要重行校准。目前，作业区通过制定《无人机维护保养制度》，规范无人机的飞行时间和配件维护保养周期，保证飞机的质量和飞行的安全。

（2）借助北斗定位系统，采用GPS加北斗二合一定位模块，提高飞机的反映速度

目前无人机使用的外置GPS，与飞控内自带的GPS组成双GPS,以保证飞机飞行时的定位准确。但GPS 在使用中出现搜星缓慢，卫星数量不稳定的情况。采用GPS加北斗二合一定位模块，提高搜星的速度，广度和安全性。

（3）借助飞行数据，建立巡检数据库，为以后的无人机高效巡检奠定基础

在管线飞行基础上，不断修正管线飞行数据库，建立管道巡检轨迹库建立了4D 模型，不仅是2D 平面经纬度，1D 的高度（防止飞机撞山），在重点区域，管线高风险段可以加入悬停、盘旋，拍照角度，张数，摄像时长，角度等预设的1D 对的指定动作，实现4D管道模式库的建立。

（4）不断调整和验证无人机硬件的匹配关系，实现无人机重量和功能的最优化

在研究无人机硬件匹配关系的同时，调试高密度，轻重量的配件的同时，研究与电机功率匹配（放电能力）的电池的对应关系，通过优选放电能力适中的电芯减少飞机装载质量，提高巡航时间。

（5）利用无人机飞控的开源设计，实现功能的拓展

无人机开源软硬件系统之上，在掌握核心技术后，可以通过与院校，科研团队外包的方式，由我方提出问题和开源基础平台的接口，由研发团队按照我们的问题定制可插接到我方开源系统的软硬件模块。